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hashtable&concurrenthashmap1.7&1.8

Hashtable(同一把锁):使用 synchronized 来保证线程安全，效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。

JDK1.7 ConcurrentHashMap

首先将数据分为一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。

ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和 HahEntry 数组结构组成。

Segment 实现了 ReentrantLock,所以 Segment 是一种可重入锁，扮演锁的角色。HashEntry 用于存储键值对数据。

static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable

一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组。Segment 的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个链表结构的元素，每个 Segment 守护着一个HashEntry数组里的元素，当对 HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的 Segment的锁。

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JDK1.8 ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap取消了Segment分段锁，采用CAS和synchronized来保证并发安全。数据结构跟HashMap1.8的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。

synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，效率又提升N倍。（jdk1.7 segment 数组不能扩容，扩容是 segment 数组某个位置内部的数组 HashEntry[] 进行扩容）

hashtable&concurrenthashmap1.7&1.8

put源码

public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}

/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());
    int binCount = 0;
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
      Node<K,V> f; int n, i, fh;
      if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
        tab = initTable();
      else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
        if (casTabAt(tab, i, null,
                     new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
          break;                   // no lock when adding to empty bin
      }
      else if ((fh = f.hash) == MOVED)
        tab = helpTransfer(tab, f);
      else {
        V oldVal = null;
        synchronized (f) {
          if (tabAt(tab, i) == f) {
            if (fh >= 0) {
              binCount = 1;
              for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                K ek;
                if (e.hash == hash &&
                    ((ek = e.key) == key ||
                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                  oldVal = e.val;
                  if (!onlyIfAbsent)
                    e.val = value;
                  break;
                }
                Node<K,V> pred = e;
                if ((e = e.next) == null) {
                  pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                            value, null);
                  break;
                }
              }
            }
            else if (f instanceof TreeBin) {
              Node<K,V> p;
              binCount = 2;
              if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                    value)) != null) {
                oldVal = p.val;
                if (!onlyIfAbsent)
                  p.val = value;
              }
            }
          }
        }
        if (binCount != 0) {
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
            treeifyBin(tab, i);
          if (oldVal != null)
            return oldVal;
          break;
        }
      }
    }
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}

put解析

根据哈希值算出位置i，空位直接放入，CAS不用加锁, 链表插末尾, 树节点, 按树的方式插入。
ConcurrentHashMap不允许key或value为空。
JDK8的ConcurrentHashMap实现只锁住Node，锁粒度更细。并且只对改冲突链加锁，之前的操作都是无锁且线程安全的。
多线程实现：

如果检测到其它线程正在为其扩容（检测到被插入的位置被forward节点占有），当前put方法的线程也要参与到扩容中去。
检测到节点位置为空，直接放入，检测到节点非空且不是foward节点，加锁重构链表或树。加入链表后节点长度大于8，要转为红黑树。（扩容后也可能再降回链表）

JDK8实现的ConcurrentHashMap总结：

JDK7的实现用Segment减小锁粒度，分段。put时仅锁住Segment。get时不加锁，仅用volatile保证可见性。统计size用两次尝试的办法，不一致再加锁。主要问题是冲突链表的增删改查耗时长。
JDK8的设计优化：
1. 直接锁住Node，减小了锁粒度。
2. 设计了MOVED状态，使其它put线程协助扩容。
3. 3个CAS操作保证线程安全，用更轻量的方式替代了锁。
4. sizeCtl扩容控制符。
5. 足够信作synchronized，不再使用ReentrantLock

get源码

get 方法可以根据指定的键，返回对应的键值对，由于是读操作，所以不涉及到并发问题.

public V get(Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
    int h = spread(key.hashCode());
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
      if ((eh = e.hash) == h) {
        if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
          return e.val;
      }
      else if (eh < 0)
        return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
      while ((e = e.next) != null) {
        if (e.hash == h &&
            ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
          return e.val;
      }
    }
    return null;
}

原文 https://techwei.cn/2019/05/31/concurrenthashmap/concurrenthashmap/

正文到此结束